合成ポリマーのモデリングとシミュレーションのためのcharmm-guiポリマービルダー

分子モデリングとシミュレーションは、ポリマーの物理化学的特性を予測し、基礎となるメカニズムに対する分子レベルの洞察を提供するポリマー科学と工学のための貴重なツールです。ただし、リアルなポリマーシステムを構築することは困難であり、構造と長さと時間のスケールの大きなばらつきのためにかなりの経験が必要です。この作業では、charmm-gui（http://www.charmm-gui.org/input/polymer）のポリマービルダーについて説明します。ポリマービルダーは、複雑なポリマー構造を構築するための汎用性の高いモデリング方法を提供するだけでなく、ビルトインの粗粒モデルと全原子置換を介して現実的なポリマー溶融および溶液システムを生成します。粗粒化モデルパラメーター化は一般化され、さまざまな実験データと全原子シミュレーションで広く検証されています。さらに、弛緩ポリマーシステムを生成するためのポリマービルダーの能力は、34のホモポリマー溶融システムの密度計算、170ホモポリマー溶融システムの特性比計算、ポリ（スチレン-B-メチルメタクリレート）ブロックコリマーの形態図、および両親媒性ポリ（エチレンオキシド-B-エチルテタン）の自己組織化挙動は、水中の共重合体をブロックします。ポリマービルダーが、複雑なポリマー含有システムの構造、ダイナミクス、および基礎となるメカニズムに関する洞察を習得するために、革新的で新しいポリマーモデリングとシミュレーション研究を実施するのに役立つことを願っています。

Molecular modeling and simulations are invaluable tools for polymer science and engineering, which predict physicochemical properties of polymers and provide molecular-level insight into the underlying mechanisms. However, building realistic polymer systems is challenging and requires considerable experience because of great variations in structures as well as length and time scales. This work describes Polymer Builder in CHARMM-GUI (http://www.charmm-gui.org/input/polymer), a web-based infrastructure that provides a generalized and automated process to build a relaxed polymer system. Polymer Builder not only provides versatile modeling methods to build complex polymer structures, but also generates realistic polymer melt and solution systems through the built-in coarse-grained model and all-atom replacement. The coarse-grained model parametrization is generalized and extensively validated with various experimental data and all-atom simulations. In addition, the capability of Polymer Builder for generating relaxed polymer systems is demonstrated by density calculations of 34 homopolymer melt systems, characteristic ratio calculations of 170 homopolymer melt systems, a morphology diagram of poly(styrene-b-methyl methacrylate) block copolymers, and self-assembly behavior of amphiphilic poly(ethylene oxide-b-ethylethane) block copolymers in water. We hope that Polymer Builder is useful to carry out innovative and novel polymer modeling and simulation research to acquire insight into structures, dynamics, and underlying mechanisms of complex polymer-containing systems.